Rozwój chłodzenia cieczą w centrach danych: przewodnik po zarządzaniu temperaturą w środowiskach o dużej gęstości
Centra danych mają kluczowe znaczenie dla gospodarki cyfrowej, umożliwiając świadczenie usług takich jak bankowość internetowa i handel elektroniczny. Ich zużycie energii szybko rośnie – w 2023 r. wyniesie 7,4 gigawata, co stanowi 4% globalnego zużycia, a popyt w Europie ma się podwoić do 2030 r. ze względu na sztuczną inteligencję i cyfryzację. Ciągłe zasilanie i chłodzenie są niezbędne, aby zapobiec awariom i utracie danych.
Optymalizacja systemów HVAC pod kątem zrównoważonego rozwoju centrów danych
Systemy ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji (HVAC) odgrywają kluczową rolę w zapewnieniu niezawodnego działania centrów danych. Szacuje się jednak, że samo chłodzenie odpowiada za około 20–50% całkowitego zużycia energii w centrum danych.
Biorąc pod uwagę tak znaczący udział energii przeznaczonej na zarządzanie temperaturą, współczesne rozwiązania HVAC muszą wykraczać poza zwykłą kontrolę temperatury. Muszą być wysoce wydajne, skalowalne i zdolne do obsługi coraz bardziej energochłonnych środowisk IT, a jednocześnie zgodne z celami redukcji emisji dwutlenku węgla i wymogami zrównoważonego rozwoju.
Wraz z rosnącym globalnym zapotrzebowaniem na infrastrukturę cyfrową centra danych znajdują się pod coraz większą presją, aby zapewnić większą moc obliczeniową przy mniejszym wpływie na środowisko. Jednym z postępów wspierających tę ewolucję jest chłodzenie cieczą — technologia, która choć nie jest nowa, obecnie zyskuje na popularności jako praktyczna i skalowalna opcja.
Zalety technologii chłodzenia cieczą
Pojawienie się chłodzenia cieczą jest bardzo na czasie. Chociaż technologia ta istnieje od lat, obecnie wkracza w okres szybkiego wdrażania, napędzany ograniczeniami chłodzenia powietrzem i rosnącymi wymaganiami w zakresie obliczeń o wysokiej wydajności (HPC), uczenia maszynowego i operacji danych w skali hiper-skalowej.
Tradycyjne systemy oparte na powietrzu zaczynają osiągać swoje granice, zarówno fizyczne, jak i ekonomiczne. Szafy serwerowe pobierające ponad 30 kW stają się coraz bardziej powszechne, ale górna granica chłodzenia powietrzem jest zbliżona do tej wartości. Z drugiej strony chłodzenie cieczą umożliwia znacznie bardziej wydajne odprowadzanie ciepła, obsługując gęstości szaf serwerowych wynoszące 50, 80, a nawet 100 kW bez konieczności znacznego zwiększania infrastruktury lub zużycia energii.
Urządzenia dystrybucji chłodzenia (CDU) cyrkulują mieszankę glikolu i wody w sieciach zamkniętych, pochłaniając ciepło bezpośrednio z najbardziej krytycznych i intensywnie nagrzewających się części serwera, takich jak chipsety, za pomocą płyt chłodzących i kolektorów.
Niektóre systemy CDU mogą oferować nawet czterokrotnie większą wydajność chłodzenia niż alternatywne rozwiązania oparte na powietrzu. Zazwyczaj powietrze może schłodzić szafę o gęstości 25-30 kW w akceptowalnych temperaturach. Jednak obecnie szafy osiągają gęstość ponad 100 kW, więc urządzenia CDU są zaprojektowane do pracy przy takich gęstościach.
Chłodzenie powietrzem a chłodzenie cieczą: uzupełniające się, a nie konkurencyjne
Chociaż chłodzenie cieczą stanowi przełom w zarządzaniu temperaturą, nie zastępuje ono jeszcze całkowicie systemów opartych na powietrzu. Zamiast tego coraz powszechniejsze staje się podejście hybrydowe. Wielu operatorów centrów danych wdraża kombinację strategii chłodzenia w oparciu o wymagania obciążenia, przy czym chłodzenie cieczą obsługuje szafy o dużej gęstości lub intensywnie wykorzystujące procesory graficzne, a chłodzenie powietrzem obsługuje bardziej konwencjonalny sprzęt.
Te zintegrowane systemy mogą być dynamicznie kontrolowane za pomocą inteligentnych systemów zarządzania budynkami i platform oprogramowania, umożliwiając regulację w czasie rzeczywistym natężenia przepływu CDU, wydajności agregatu chłodniczego i przepływu powietrza. Taki poziom koordynacji może być wydajny i pomóc operatorom w obniżeniu wskaźnika efektywności zużycia energii (PUE) do około 1,2, a niektórzy dążą nawet do osiągnięcia jeszcze bardziej ambitnych wyników.
Odzysk i ponowne wykorzystanie ciepła: przekształcanie odpadów w energię
Jedną z wyjątkowych zalet chłodzenia cieczą jest możliwość odzyskiwania i ponownego wykorzystania ciepła. Ciepła ciecz wychodząca z chipsetów serwerów, zazwyczaj o temperaturze około 30°C, może zostać przepuszczona przez pompę ciepła i podgrzana do temperatury odpowiedniej dla sieci ciepłowniczych lub zastosowań przemysłowych.
Ponowne wykorzystanie może pomóc w:
- zmniejszyć ogólne straty energii
- poprawić wskaźnik PUE
- wygenerować dodatkową wartość z tego, co kiedyś uważano za odpad
Przesuwanie granic wydajności chłodzenia
Wraz z rozwojem technologii chłodzenia cieczą innowacje skupiają się na poprawie wydajności samego systemu. Jednym z kluczowych obszarów jest zmniejszenie temperatury podejścia – różnicy temperatur spowodowanej nieefektywnością wymiany ciepła. Podczas gdy niektóre jednostki CDU mogą mieć temperaturę podejścia wynoszącą 4°C, zaawansowana konstrukcja podwójnego wymiennika ciepła firmy Carrier pozwala obniżyć ją do zaledwie 2°C. Zintegrowane, wysoce zaawansowane elementy sterujące umożliwiają również szybką reakcję na zmienne obciążenie IT przy zachowaniu akceptowalnych wahań temperatury.
W przyszłości spodziewane jest dalsze obniżenie temperatury do 1°C, co zapewni jeszcze większą wydajność i stworzy podstawy do obsługi instalacji o mocy wielu megawatów przy minimalnym obciążeniu termicznym. Wraz z rosnącą skalą i gęstością centrów danych takie udoskonalenia będą miały kluczowe znaczenie dla zaspokojenia przyszłego zapotrzebowania bez proporcjonalnego zwiększania wpływu na środowisko.
Przyszłe trendy w chłodzeniu centrów danych
Oczekuje się, że bezpośrednie chłodzenie chipów cieczą pozostanie dominującą architekturą chłodzenia w środowiskach o wysokiej wydajności w ciągu najbliższych pięciu do dziesięciu lat. Chociaż chłodzenie immersyjne, w którym całe serwery są zanurzone w cieczy przewodzącej ciepło, ale nieprzewodzącej prądu elektrycznego, może ostatecznie stać się opłacalne na dużą skalę.
W międzyczasie firma Carrier nadal jest liderem w zakresie rozwoju, testowania i wdrażania w praktyce technologii chłodzenia centrów danych nowej generacji, w tym pakietu rozwiązań QuantumLeap™ i standardów certyfikacji swoich produktów poprzez Eurovent Certified Performance.
Skontaktuj się z jednym z ekspertów firmy Carrier, aby dowiedzieć się więcej o rozwiązaniach Carrier w zakresie zarządzania cyklem życia termicznego.
